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MOLIENDA SEMIAUTOGENA

RESUMEN

La molienda semiautgena (SAG) se ha presentado como la alternativa mas eficiente en lareduccin del tamao de minerales, debido a su alta capacidad de procesamiento contrapuestocon el espacio fsico requerido, as como la baja inversin y costo de mantenimiento, permitiendoposeer enormes ventajas comparativas respecto a los circuitos convencionales de molienda. seencuentra en el apogeo de su desarrollo, con molinos cada vez mayores y de mayor potencia. Elconocimiento operacional esta aumentando considerablemente gracias al paulatino abandono deconceptos provenientes de la molienda convencional para dar paso a un nuevo conocimientosustentado en la compresin de variaciones de la composicin y movimiento de la carga. Sinembargo, este mismo conocimiento indica que probablemente las condiciones optimas defuncionamiento de los molinos semiautogena propiamente tal. En el futuro prximo se harnecesario revisar los conceptos de diseo de estos molinos y del circuito del cual forman parte.

MARCIAL CUPE ZEA

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EL DESARROLLO DE LA MOLIENDA SEMIAUTGENA

Evolucin de los Circuitos de Molienda de Minerales

Los primeros molinos rotatorios aparecen en la historia en la dcada de 1880. Sin embargo,el crecimiento exponencial en tamao y potencia instalada comienza en la dcada de 1960. Es ascomo en esos aos el circuito bsico de operacin consista en dos etapas, compuestas por unmolino de barras en circuito abierto seguido normalmente por dos molinos de bolas en circuitocerrado directo. El dimetro de los molinos no superaba los 12 pies, con potencias instaladas de930 Kw. (1,250 HP). En la dcada de 1970 aparecen los primeros circuitos de molienda en unaetapa, con molinos de bolas de 16.5 pies de dimetro y potencias de 3,000 Kw. (4,000 HP),iniciando la desaparicin de los molinos de barras en el diseo de plantas de procesamiento deminerales: Es en la dcada de 1980 cuando aparecen con fuerza los circuitos de molienda en dosetapas que consideran, para la molienda primaria, molinos semiautgenos seguidos de molinos debolas como etapa secundaria o molienda fina. Los primeros alcanzan dimetros de hasta 36 pies,con potencias de 11,200 Kw. (15,000 HP) Y los molinos de bolas, dimetros de 18 pies, conpotencias de 4,850 Kw. (6,500 HP). La dcada de 1990 consolida esta alternativa deprocesamiento con el desarrollo de varios megaproyectos en el mundo que con un pequeonmero de equipos logran altas tasas de procesamiento de mineral. El dimetro de los molinossemiautgenos alcanza los 40 pies de dimetro con potencias de 19,400 Kw. (26,000 HP) Y los

molinos de bolas llegan a dimetros de 24 pies y potencias de 10,500 Kw. (14,000 HP).En Chile, desde 1981, han entrado en operacin 21 circuitos de molienda semiautgena. En laTabla 1 se presenta el listado de molinos semiautgenos en operacin actualmente, con susprincipales caractersticas. En ella se observa claramente el crecimiento del parque de molinossemiautgenos en Chile, no slo en nmero sino tambin en tamao y potencia instalada, y anms importante en la capacidad de procesamiento del circuito de molienda al que pertenecen.El molino semiautgeno ms grande en operacin en Chile es de 36 pies de dimetro y 17.25 piesde largo con una potencia de 13,500 Kw. (18,000 HP).

En Per tenemos en Cia. Minera Ares un molino semiautgeno de 15.5 pies x 7pies, enlnea con un molino de bolas 9 x 3 pies, Compaa Minera Antamina cuenta con un gigantescomolino SAG (Semi-autgeno) marca EFE Minerals con un gearless Mill Drive, de 38 pies dedimetro 20 pies de largo con 19400Kw (27000 HP), el cual trabaja con tres molinos de bola de 24por 36 pies de 11200Kw (15000HP) cada uno y actualmente han puesto en operacin: Compaa

Minera Yanacocha SRL en su planta de gold mill un molino semiautgeno hbrido de 32pies dedimetro por 32 pies de largo gearless Mill Drives el cual trabaja tambin como molino, despustenemos el de la minera gold fields el cual cuenta con SAG Mill de 24 pies de dimetro por 14.5pies de largo de 5000HP Gear Drive el cual trabaja con un molino de 20 pies de dimetro por 34pies de largote 25000HP Dual pinion Drive.

El proyecto de expansin de Minera Escondida considera un molino semiautgeno de 38pies de dimetro y 22.5 pies de largo, con potencia de 19,400 Kw. (26,000 HP) Y tres molinos debolas de 25 x 40.5 pies, con 13,500 Kw. (18,000 HP) cada uno, los primeros a nivel mundial conmotor gearless.

El proyecto de expansin de CODELCO Chile Divisin El Teniente considera un molinosemiautgeno de 38 pies de dimetro y 24 pies de largo con una potencia de 18 ,000 Kw. (24,000HP) Y dos molinos de bolas de 24 x 34 pies con 10,000 Kw. (13,500 HP) de potencia instaladacada uno.

Mientras, en el estudio de prefactibilidad para el proyecto de expansin de CompaaMinera Doa Ins de Collahuasi se evalan molinos semiautgenos de 42 y 44 pies de dimetro.

Los Accionamientos y el Crecimiento de Molinos Rotatorios

Durante muchos aos, el crecimiento de los molinos semiautgenos se encontrsupeditado al desarrollo de sistemas de accionamiento que fueran capaces de asegurar unaoperacin estable y segura. En este sentido, los fabricantes de engranajes han aumentandocontinuamente su capacidad de impulsin por pin nico. Actualmente operan molinos de pinnico de 6,700 Kw. (9,000 HP), Y se han ofrecido tracciones de hasta 7,500 Kw. (10,000 HP). Esto


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significa que el molino semiautgeno de mayor potencia que puede ser impulsado con un sistemade engranajes con pin dual y motor dual es de 15,000 Kw. (20,000 HP) [2].

Tabla 1. Molinos semiautqenos en la actividad minera de Chile y Peru

Compaa Minera Ao inicio N Dimensiones Potencia Capacidad Bola

Operacin D xL (EGL)I


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Por otro lado se encuentra el motor de induccin o accionamiento qear-Iess, en que elcasco del molino es el elemento rotatorio de un gran motor sincrnico de baja velocidad. Loselementos del rotor del motor son apernados al molino en forma similar a los engranajes. Unestator rodea los elementos del rotor. La corriente de alimentacin es transformada por uncicloconversor desde 50/60 Hz a cerca de 1 Hz. De esta forma, al modificar la frecuencia se lograregular la velocidad de operacin del molino. Este desarrollo tecnolgico ha permitido superar concreces la capacidad de los accionamientos de molinos rotatorios.

Tal vez una de las caractersticas principales que ha favorecido la instalacin deaccionamientos gear-less a nivel mundial, desde un vista operacional, es la capacidad de modificarfcilmente la velocidad de operacin del molino. Sin embargo, como se discutir mas adelante,esta es raramente empleada con objetivos de optimizar el proceso.

Actualmente, los mayores fabricantes de molinos (Svedala y Efe Minerals) anuncian quetienen los diseos para molinos de 42 y 44 pies de dimetro, mientras que los principalesfabricantes de accionamiento anuncian sistemas gear-less de 25000 a 26000 Kw. (33000 a36000HP) para estos.

CONCEPTOS PARA DESCRIBIR EL PROCESO DE MOLIENDA

El enfoque ya clsico del proceso de molienda en un molino rotario se basa en visualizar aeste ltimo como un reactor qumico, y al proceso de molienda como una reaccin qumica a la

cual se aplica un modelo cintico. La distribucin granulomtrica del material hace las veces decomposicin qumica, tal como que las fracciones gruesas reaccionan para convertirse enpartculas fina. Mediante balances de materia se describen cuantitativamente los procesosparalelos de transformacin de partculas. El objetivo de la modelacin es cuantificar el flujo desalida y su composicin. Las fracciones de cada tamao, esto es, la distribucin granulomtrica demineral en el reactor, constituyen las variables cinticas del proceso. Siguiendo con el enfoque,constantes cinticas incorporan las condiciones ambientales.

Concentraciones

Constantes Cinticas

El volumen de produccin es funcin del tamao del reactor y la distribucin de tiempos deresidencia. Se considera adems que la energa consumida el proceso es proporcional al tiempo yla tamao del reactor, de modo que las constantes cinticas puede expresarse en formaindependiente del tamao del molino. Se supone que la cintica de la fractura es determinada por

el mineral y la distribucin de tamao de cuerpos moledores, y que varia poco o nada con lascondiciones operacionales en el molino, salvo que estos afecten a la potencia.

En el caso de la molienda semiautogena, el mismo modelo se amplia para considerar tressubprocesos: Interacciones bola-partcula (Bp), interacciones roca-partcula (Rp) yautofractura de rocas (R). El resto permanece igual. En general ms energa significa masmolienda.

Segn el enfoque cintico, el problema se centra en configurar la carga optima del molino(mezcla del mineral y bolas de diversos tamaos que da mayor capacidad de proceso), seleccionar


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adecuadamente otros parmetros (abertura, parilla, % slidos, ete.) y sustituir ptimamente con laalimentacin los tamaos que desaparecen.

La debilidad del enfoque cintico radica precisamente en el supuesto genrico de que masenerga conduce a mas molienda. En molinos convencionales, donde las velocidad y el volumen decarga es constante en el corto plazo, el movimiento de carga es siempre mas o menos el mismo.Las variaciones de energa consumida provienen principalmente de la cantidad de mineralpresente en el espacio intersticial. Se busca representar la mecnica del molino a travs de un sinnumero de ecuaciones empricas de difcil interpretacin. Los modelos as obtenidos sirvenesencialmente para analizar el comportamiento estacionario del circuito en cuanto a cantidad ycomposicin granulomtrica del material producido. Desde el punto de vista del control operacional,la modelacin cintica deja vacos importantes a la hora de escoger diseo de revestimiento,velocidad de giro, o interpretar el efecto de la viscosidad de la carga o su composicingranulomtrica en la potencia.

En los molinos semiautgenos de velocidad variable, el supuesto genrico de un sistemamecnico de estructura constante es incorrecto. El volumen de carga, su composicin y lavelocidad son variables dinmicas que modifican la forma en que la energa es consumida en elmolino. Por ello, en el ultimo tiempo ha ganado inters el estudio del movimiento de carga en losmolinos. Mediante molinos pequeos transparentes, modelos simples de calculo de trayectoria decada o complejas modelaciones mediante mtodos numricos, se ha estudiado el uso de la

energa en el molino y se ha aprovechado este conocimiento para mejorar el diseo de losrevestimientos, escoger y controlar mas racionalmente la velocidad del giro del molino, e interpretaren mejor forma los cambios en el comportamiento de la carga cuando se modifica su composicino sus propiedades reolgicas. Esto ha dado pie tambin al desarrollo de nueva instrumentacinpara sensar directamente informacin sobre las propiedades y el comportamiento de la carga.

En resumen, la modelacin clsica basada en consumos caractersticos de energaasociados a cada mineral resulta insuficiente para copar la variabilidad operacional del molinosemiautgeno. El estudio del movimiento de carga apunta a examinar los mecanismos de consumode energa del molino y el aprovechamiento de la energa en el proceso de molienda. La resultantede estos esfuerzos esta ayudando a mejorar el control de los molinos, y tambin sealando unadiferenciacin decreciente entre el molino semiautgeno y los molinos convencionales, planteandouna interrogante fundamental de diseo.

LAS PROPIEDADES DE LA CARGA

Granulometra de Alimentacin

Una de las principales caractersticas de la molienda semiautogena es el empleo delmineral como medio de molienda y como medio sometido a molienda. Debido a esto siempre se hadado especial inters a la distribucin de tamaos en la alimentacin del molino, puesto que incidesobre la distribucin de tamaos del mineral contenido en el molino y, por lo tanto, en la capacidadde molienda del mismo. Adems, tambin se modifican las caractersticas del movimiento de lacarga interna.

Generalmente se considera que los tamaos mayores son esenciales para producir lafractura de tamaos pequeos, de modo que una ausencia de los primeros genera la acumulacinde partculas de tamao intermedio, consideradas tamao crtico. Por otra parte, es sabido que elaumento de tamaos crticos produce una distribucin inestable de tamaos en la carga interna yuna disminucin en la capacidad de tratamiento del molino. Se debe considerar tambin que lapresencia de tamaos mayores es importante para mantener un volumen de carga internaadecuado al interior del molino, lo que permite operar con velocidades mayores sin arriesgar laintegridad de los revestimientos. El nivel de llenado de medios de molienda y su tamao de recargapermite controlar la acumulacin excesiva de los tamaos crticos.

Por otro lado, se puede decir que la granulometra de alimentacin tiene un efectorelevante sobre la capacidad de procesamiento de un molino semiautgeno, siendo aun masimportante que el concepto de dureza del mineral. Diferentes estudios a nivel industrial han


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demostrado que la capacidad de procesamiento queda definida fundamentalmente por la fraccinde partculas bajo un determinado tamao de alimentacin. Por ejemplo:

En el Teniente la capacidad de procesamiento del molino es ptima cuando la fraccinmenor a 1 pulg. es mayor a 45%. Si esta fraccin disminuye, la capacidad del molino bajadrsticamente, mientras que al contrario, la capacidad se ve incrementada en formaimportante si la fraccin bajo 1 pulg es mayor a 50%. Esto ha dado lugar al inicio de unestudio de factibilidad para la instalacin de una planta de prechancado de mineral de laalimentacin a molienda semiautgena para procesar los tamaos intermedios del flujo dealimentacin (2 a 5 pulg). Inicialmente se ha instalado y puesto en funcionamiento unsistema de medicin de la granulometra de alimentacin a molienda semiautgena (Petra),que ha permitido tomar acciones de control a la granulometra de alimentacin, ajustandoen forma ms precisa los alimentadores y su velocidad [6].

En Chuquicamata un estudio de 12 meses de operacin modificando la malla de tronadurade la mina y aumentando el factor de carga de explosivo, para aumentar la fraccin demineral bajo 34 plg que alimenta a la molienda semiautgena, demostr un aumentoimportante en la capacidad de procesamiento de los molinos semiautgenos, alrededor de10%, con una disminucin del consumo especfico de energa en la molienda del orden de12% [7].

En Mantos de Oro (planta La Coipa) se ha implementado una etapa de clasificacin ypechacando del flujo de alimentacin. La clasificacin se realiza en un harnero de dobledeck, con malla superior 4 pulg. y malla inferior de 2 pulg., cuyos retenidos son enviados aun changador de cono con abertura de descarga de 22 mm. De esta forma, la alimentacinal molino semiautgeno es 100% bajo 2 pulg., lo que los autores consideran un casoextremo de decisin de alimentar el molino semiautgeno con granulometra ms fina, loque trae asociado problemas operacionales diferentes. El aumento en la capacidad deprocesamiento ha llegado a un 15% [8].

En Compaa Minera Candelaria ha quedado claramente demostrado en la prctica, queexiste una importante segregacin por tamaos del mineral en el stock pile, lo que implicaque la lnea con granulometra de alimentacin ms fina procesa alrededor de 8% ms que

la otra lnea. Con la implementacin de un sistema de determinacin de granulometra dealimentacin en lnea (Split) se est evaluando poder reducir la diferencia con que setrabaja hoy en da [9].

La dureza del mineral

En la operacin de circuitos de reduccin de tamaos formados por molinosconvencionales de bolas, ha quedado claramente demostrado que la dureza del mineral juega unrol importante en la determinacin de la capacidad de procesamiento de mineral. De esta forma, elndice de dureza de Bond (Work lndex) permite estimar en forma simple las variaciones que sepueden esperar al variar las caractersticas del mineral de acuerdo al frente de explotacin de lamina. A partir de estos antecedentes, los operadores de molinos semiautgenos han extrapoladoesta situacin caracterstica para explicar eventos de disminucin de la capacidad de

procesamiento, considerando que: mientras ms duro es el mineral, mayor ser el tiempo que tomasu reduccin de tamao, de modo que operando a un flujo de alimentacin constante se producirun incremento en el nivel de llenado volumtrico de carga, lo que se traduce en la disminucin dela tasa de procesamiento, y viceversa.

Sin embargo, como se indic anteriormente, es muy probable que el mayor efecto en lasvariaciones producidas en la capacidad de procesamiento del molino semiautgeno sea generadopor las caractersticas granulomtricas del flujo de alimentacin y otras menores sean producto dela relacin agua/mineral utilizada en la alimentacin. As tambin, es posible demostrar que elndice de dureza de Bond no explica correctamente las variaciones producidas en la capacidad de


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Importantes variaciones que ocurren durante el tiempo que transcurre la operacin (que enel caso de la Figura 2 corresponde a cuatro meses de operacin del molino semiautgeno).Estas variaciones son la prdida de peso y cambios en la forma de los revestimientos,bruscas variaciones en el nivel de llenado de bolas, variaciones en el sistema delubricacin y del lubricante mismo.

Variaciones de la densidad aparente de la carga interna, por la modificacin de la relacinentre las masas de medios de molienda, mineral y agua.

Figura 2. Curva tpica de calibracin del nivel de llenado volumtrico y la presin en losdescansos, con mediciones realizados durante cuatro meses de operacin.

La variabilidad caracterstica de la operacin de un molino semiautgeno est definida porla variabilidad que presenta el nivel de llenado volumtrico de carga total, y esta ltima por causade la imposibilidad de mantener un nivel constante de mineral al interior del molino. Estavariabilidad tiene diferentes causas, como son las variaciones de: la granulometra de alimentacin,la granulometra de la carga interna, proporcin de agua y mineral en la carga interna, las queprovocan variaciones en la capacidad de levante de la carga por la rotacin del molino, afectandola moliendabilidad y su capacidad de evacuacin.

La definicin del punto de referencia para el nivel de llenado volumtrico de carga total alque debe operarse un molino semiautgeno se define normalmente entre 28 a 32%. Sin embargo,es muy difcil asegurar que durante la operacin del molino, el nivel de llenado se pueda manteneren el entorno del valor definido. Ms an si se analiza el significado de la medicin que entrega lapresin en los descansos; es la presin de entrada de lubricante hacia los descansos y no lapresin que ejerce puntualmente el molino en movimiento sobre el descanso

La incerteza que existe sobre el nivel de llenado con que opera un molino, se puedetraducir en la ocurrencia de dos situaciones extremas:

Sobrellenado tpico del molino: que consiste en la acumulacin excesiva de carga internadel molino, producto de la disminucin de la capacidad de molienda y evacuacin, y que en laoperacin se observa como un brusco aumento de la presin en los descansos y disminucin delconsumo de potencia del molino. Si no se logra controlar a tiempo, el resultado es la detencin del


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molino por alarma en el sistema de lubricacin y/o accionamientos, por un tiempo prolongado. Eltiempo que el molino debe permanecer detenido depende de la masa de material que se alcanz aacumular en su interior.

Operacin con bajos niveles de carga: lo que implica que el molino trabaja con un llenadovolumtrico definido por los medios de molienda metlicos exclusivamente. El resultado de estasituacin, bastante comn a lo largo de la operacin del molino, se refleja en una alta tasa defractura de bolas (que genera consumos de acero mayor a lo normal) y daos severos en losrevestimientos internos (placas y levantadores).

Nivel de llenado de bolas: Estimacin y variabilidad

En general se considera que los molinos semiautgenos pueden contener hasta un 14% dellenado volumtrico de bolas. Los fabricantes de molinos restringen la masa de bolas que debehaber en la carga del molino semiautgeno, en consideracin a anlisis estructurales del molino ycaractersticas del sistema de lubricacin de los descansos.

Sin embargo, una vez definido el nivel de bolas ptimo, durante la operacin de losmolinos no existe ninguna certeza sobre la cantidad real de medios de molienda contenidos en lacarga interna. En la prctica se utilizan dos alternativas para controlar el nivel de llenado de bolasde un molino semiautgeno en operacin:

Grind-out: que consiste en operar el molino sin alimentacin de mineral, con undeterminado flujo de agua en la alimentacin, hasta que se evacua el mineral contenido enel molino, quedando la carga interna formada slo por medios de molienda.

Inferencia en base a la potencia: que consiste en operar el molino en una condicin derelativa estabilidad a una velocidad definida previamente (si el molino es de velocidadvariable) durante un lapso de tiempo adecuado, anotando el consumo de potenciapromedio del molino. Posteriormente, detener instantneamente los flujos de alimentacinde mineral y agua, y el molino. Una vez detenido se mide el nivel de llenado volumtrico decarga total y se lleva a un grfico de curvas tericas de potencia versus el nivel de llenadovolumtrico de carga total, correspondiendo el nivel de bolas a la curva que corresponda lapotencia medida al momento de detener el molino, Fig. 3.

Ambas alternativas presentan aspectos favorables y desfavorables:El grind-out permite medir el nivel de llenado de bolas real al momento de realizarlo. Sin

embargo, durante el tiempo que se efecta el lavado del molino se provoca la interaccin directade una gran masa de cuerpos metlicos en movimiento con el revestimiento del molino(levantadores, placas y parrillas), provocando daos irreparables en estos, y an ms generandodaos a la misma carga de medios de molienda, que se reflejarn como bola fracturada y/ogeneracin de fragmentos de la superficie (chips), adems una acumulacin de tensiones en loscuerpos moledores. Debido a esto, una vez que el molino entra en operacin, el nivel medido demedios de molienda sufrir una drstica disminucin. Por todo lo anterior hoy en da no esaconsejable realizar grind-out, pero frecuentemente se hace.

La inferencia desde la potencia permite evitar el dao a la carga de medios de molienda ya los revestimientos, sin embargo tiene una incerteza mayor en la determinacin. Estodebido a que el consumo de potencia del molino, para una misma masa de carga internavara con el desgaste del revestimiento, la granulometra de la carga interna y la raznagua/mineral al interior del molino.

Por otro lado, la tasa de reposicin de los medios de molienda, expresada en gramos deacero perdido por tonelada de mineral procesado, g/t, o en gramos de acero perdido por energaespecfica consumida por el molino, g/kWh, se considera constante en el tiempo, debindose hacerrectificaciones que resultan en alteraciones importantes en la composicin de la carga interna. Porejemplo, en la Figura 4(a) se muestra la variabilidad tpica que presenta el nivel de llenado de bolasFigura 4 (a) Variabilidad del nivel de llenado de medios de molienda durante ocho meses deoperacin. (b) Acciones de recarga de bolas durante los ocho meses de operacin, observndosela reposicin de altas cantidades para subir el nivel cuando se miden niveles menores a lo que seestima adecuado en un molino industrial. En la Figura 4(b) se observan, para el mismo molino e


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Es posible apreciar en terreno que los operadores no consideran que estas dos accionesrepercuten fuertemente sobre los parmetros operacionales del molino: potencia, presin en losdescansos, peso dado por celdas de carga, torque, y, ms an, variaciones importantes en la tasade desgaste de los medios moledores. La primera accin, aumenta bruscamente la densidadaparente de la carga interna, genera un incremento en la energa disponible, eleva el nivel deimpactos y es altamente probable que incremente la fractura de los medios de molienda durantelas primeras horas de operacin despus de realizada sta. La segunda, provoca una desaparicinpaulatina de los tamaos mayores de medios de molienda y una vez que se reinicia la recarga debolas, provoca una discontinuidad en el perfil de tamaos de la carga interna.

Se define que bajo condiciones normales de operacin, la tasa de desgaste de los mediosde molienda es directamente proporcional al rea expuesta por la carga de bolas, esto es, seconsidera que existe slo desgaste abrasivo. Sin embargo, en la operacin normal del molinosemiautgeno est implcita la alta variabilidad del nivel de llenado de carga interna, por lo que ascomo hay desgaste abrasivo, tambin existen frecuentemente eventos de generacin de prdidamasiva de bolas, como trozos debidos a fractura y/o generacin de chips. Esto implica que sedebera hacer un anlisis ms estricto al consumo de acero en molinos semiautgenos [12],considerando un balance como el mostrado por la Figura 2.5, donde se identifican los siguientesflujos:

La recarga diaria o por turnos, definida por la masa de bolas y los diferentes tamaos quese agregan (normalmente en molienda semiautgena se utiliza slo un tamao de recarga).

El flujo de descarga formado por:

acero que sale del circuito semiautgeno hacia el circuito secundario, con tamaosmenores a la abertura de la malla del harnero o trommel (formado por bolasgastadas, trozos de bola fracturada y chips).

acero en tamaos mayores a la abertura del harnero o trommel, que en algunoscasos son recirculados al molino y en otros son eliminados como scrap, o, enmuchos casos se combinan las dos situaciones.

Lo anterior indica que la tasa real de desgaste de los cuerpos moledores no es constante.

Figura 5 Balance de masa de acero en torno a un molino semiautgeno.


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El tamao ptimo de medios de molienda

En la prctica se ha mantenido la conviccin que la molienda semiautgena debera operarcon el mayor tamao de bola existente en el mercado [13]. Esto sobre la base de que a medidaque se aumenta el tamao del medio de molienda se dispone de mayor energa de impacto,aumentando la capacidad de molienda del molino. Sin embargo, a medida que los molinossemiautgenos crecen en dimetro, las fuerzas de impacto asociados a un mismo tamao de bolacrecen fuertemente. En la Tabla 2 se presentan mediciones de fuerza y esfuerzos de impacto demedios de molienda de acero medidos en diferentes molinos industriales por David Dunn [14].Haciendo un anlisis de los datos publicados por Dunn, lgicamente se puede demostrar que lafuerza de impacto, en N, y el esfuerzo hertziano de impacto, en Mpa, son funcin del productoentre la masa del medio de molienda y el dimetro del molino (que es proporcional a la altura decada de medios de molienda), como se observa en la Figura 6(a) y Figura 6(b) respectivamente.

De aqu, es posible apreciar las exigencias mecnicas a las que estn sometidos tanto losmedios de molienda como los revestimientos de un molino rotatorio, y en especial los molinossemiautgenos de gran tamao, las que superan largamente los valores estticos de resistencia delos materiales utilizados. Por ello, es importante no perder de vista que bajo estas condiciones deexigencia lmite, la vida til de los revestimientos de un molino semiautgeno (especialmenteparrillas internas) y tambin de los medios de molienda que forman parte de la carga interna,

dependen tanto de sus caractersticas de fabricacin, como de las condiciones de operacin quese definan en el proceso. Desde este punto de vista no hay factores de seguridad en los cuales sepueda confiar, pero si se analiza este tema desde el objetivo de la molienda, que es reducir detamaos partculas minerales, surgen las siguientes interrogantes:

Cules sern los niveles necesarios de fuerzas de impacto que se requieren al interior delmolino para reducir de tamao el mineral?

Los eventos que generan la reduccin de tamao de los minerales al interior de un molinosemiautgeno, son mayoritariamente de impacto?

Figura 6. Grficos de variacin de esfuerzos de impacto (a) y fuerzas de impacto (b)con el tamao del molino y tamao de bola.


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Tabla 2Fuerzas y esfuerzos de impacto medidos en molinos industriales [14].

1 Estimado en mltiplos de la aceleracin de gravedad, g.

Efecto de la parrilla de descarga y e/periodo en su vida til

Los molinos autgenos y semiautgenos se caracterizan por el uso de una parrilla dedescarga, cuyo objetivo es retener al interior del equipo los medios de molienda, tanto colpas demineral como medios metlicos. De esta forma, el mineral alimentado al molino puede serdescargado slo una vez que ha sido molido a un tamao menor que las aberturas de la parrilla.

Desde un punto de vista prctico, se considera que la parrilla de descarga acta como unclasificador del material que puede salir del molino, existiendo actualmente molinos que operan conparrillas de % a 3 pulg. de abertura y con diferentes configuraciones.

De acuerdo con la definicin de operacin ptima de un molino semiautgeno, el diseo dela parrilla debe asegurar una densidad adecuada de la carga interna, de modo que hayacorrespondencia entre el consumo de energa y la accin de molienda, y sin que la pulpa se torneexcesivamente viscosa. Para ello normalmente los agujeros de parrilla se ubican en el anillo msexterno de la tapa de descarga, de modo que la pulpa y los pebbles salgan por la parte ms bajade la carga.

El diseo de la parrilla de descarga es definido inicialmente por el fabricante del molino, deacuerdo a la capacidad de procesamiento del molino considerado en el diseo. Posteriormente, en

la planta se realizan modificaciones, inicialmente orientadas a reforzar zonas que sufren fracturay/o aumentos de volumen en lugares que presentan mayor desgaste. Durante los primeros das deoperacin, las parrillas recin instaladas generan una reduccin del flujo que pasa a travs de ellas,y por lo tanto afectan la capacidad del equipo debido a su mayor espesor y a la aparicin depeening en el borde, que reduce el rea efectiva de agujeros, segn se observa en la Figura 7[15].Posteriormente, se observa que la abertura efectiva comienza a aumentar, debido al desgasteabrasivo que provoca la pulpa que la atraviesa. La Figura 8 muestra una curva tpica de variacinde parrillas de descarga [15].

Las modificaciones a las parrillas de descarga incluyen aumentos o disminuciones de la


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abertura de los slots, manteniendo o aumentando el rea libre que exponen sobre la carga interna.La tendencia inicial en una planta es aumentar la abertura de los slots para aumentar la capacidadde evacuacin y as aumentar la tasa de procesamiento de mineral. Sin embargo, esta tendenciano puede mantenerse siempre, ya que por ejemplo, si se disminuye la granulometra dealimentacin (cerrando el setting del chancador primario o agregando prechancado), lo aconsejableser disminuir la abertura de los slots.

As mismo, se debe considerar que las modificaciones de las caractersticas de la parrillatambin influyen sobre otros parmetros del proceso, como son: la relacin agua1mineral en lacarga interna y la tasa de desgaste y tamao de recarga de medios de molienda.

Figura 7 Ejemplo de evolucin en el tiempo de la abertura de laparrilla de descarga de un molino semiautgeno.

Figura 8 Curva de evolucin del tamao de las aberturas de parrillas de descarga deun molino semiautgeno.


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EL MOVIMIENTO DE LA CARGA

Quiebres de revestimientos: levantadores y parrillas: una molienda indeseable

Normalmente se considera que la principal funcin del revestimiento interior de un molinoes la proteccin contra el desgaste. Sin embargo, el revestimiento constituye adems el medio detransferencia de energa a la carga del molino, derivando esto en patrones especficos demovimiento de la carga interna [5]. La Figura 9 muestra esquemticamente como se caracteriza elmovimiento de la carga interna de un molino. As, la magnitud de la energa disponible y sudistribucin sobre la carga interna en movimiento determinan la capacidad de molienda. El diseodel perfil del levantador modifica drsticamente las trayectorias seguidas por los componentes dela carga, influyendo sobre el consumo de potencia y la capacidad de molienda [5].

Como se ha indicado anteriormente, la fractura de revestimientos del molino son causadaspor el impacto directo de medios de molienda metlicos que son lanzados al interior del molino.Esta situacin, unida a la poco certera inferencia del nivel de llenado del molino a travs de lapresin en los descansos, provoca una alta inseguridad en el operador (y a sistemas de controlautomtico) frente a la decisin acertada de acciones de optimizacin del proceso, como es elaumentar la velocidad de operacin del molino. El diseo de los revestimientos (nmero y ngulode ataque) se presenta como una alternativa de reducir la fractura de stos y aumentar la

disponibilidad del molino. En la Figura 10 se observa que al reducir el ngulo del levantador seobtienen modificaciones ms drsticas en la trayectoria de la carga interna en catarata que almodificar la velocidad del molino.

Por otro lado, se ha observado que el cegamiento de las parrillas es principalmente porpeening, al producirse un desplazamiento de material que forma parte del nervio entre lasaberturas de la parrilla hacia estas ltimas. Se manejan dos fenmenos que pueden ser causa deesta situacin:

Figura 9 Caractersticas del movimiento de carga en molinos rotatorios.


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Figura 10 Variaciones en el movimiento de la carga interna del molino en funcin de lavelocidad de operacin y del diseo del revestimiento.

Deformacin del material por golpe directo de medios de molienda en cada libre, lo queaparece como menos probable debido al diseo de la cmara de molienda y las posiblestrayectorias que seguiran los medios de molienda.

Deformacin del material por los esfuerzos ejercidos por la masa de carga interna enmovimiento golpeando leve pero sostenidamente la parrilla, especialmente cuando seincrementa la densidad aparente de la carga interna.

Sin embargo, el quiebre de parrillas es consecuencia de condiciones de operacin noadecuadas:

altos niveles de llenado de bolas, bajos niveles de carga total,

alta dilucin en el flujo de alimentacin, variabilidad en el flujo de alimentacin del molino, altas velocidades de operacin del molino (para condiciones de llenado volumtrico

bajos).

Las dos primeras se traducen en una densidad aparente de la carga interna mayor a loconsiderado normal para estos equipos (3.3 t/m3en promedio, con 2.8 Vm3a densidad del mineral),

En la Figura 11 se observa el efecto del impacto directo al que son sometidos losrevestimientos del molino semiautgeno, debido a la operacin con bajos niveles de carga total,altos niveles de llenado de medios de molienda y altas velocidades de rotacin del molino para lascondiciones de llenado y diseo de los levantadores.

Normalmente, el personal de mantencin observa las caractersticas de la prdida de alturade levantadores y placas para efectos de programar los cambios de revestimientos del molino. Sinembargo, como se desprende de la Figura 10, es muy importante para las decisiones de operacincontrolar el perfil de desgaste del revestimiento, que es el que define la trayectoria de la cargainterna y desde esta perspectiva, la eficiencia del proceso de reduccin de tamaos. La condicinms eficiente de operacin es aquella que logra que la masa que es lanzada en catarata logreimpactar en el pie de carga y aprovechar su energa en provocar una mayor tasa de molienda, y nosobre el revestimiento, lo que implica una prdida de la energa de impacto en daar elrevestimiento (y la carga de medios de molienda al provocar su fractura). De aqu se debe


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entender que el diseo del revestimiento se va modificando desde el momento que se instala hastael momento en que es retirado despus de cumplir su vida til.

Figura 11 Daos caractersticos sobre los revestimientos del manto del molino porefecto del impacto directo de los medios de molienda.

Tambin resulta importante llevar un control del sentido de giro del molino durante la vidatil del juego de revestimientos, lo que permite hacer una interpretacin correcta de lascaractersticas de desgaste del revestimiento del cilindro y pronosticar a futuro las fechas derecambio (y con ello la vida til de estos componentes). Estas circunstancias tambin provocanalteraciones en las caractersticas del movimiento de la carga interna, por lo tanto en lasdefiniciones de set point de las variables operacionales. Toda esta informacin posteriormentedebe ser utilizada en la evaluacin de piezas por modificacin del diseo o cambio de composiciny/o tratamientos trmicos por parte de los proveedores de los revestimientos.

Cambios en el diseo de revestimientos

Una manera apropiada de reducir el riesgo de quiebre de los revestimientos es

modificando el perfil de las barras elevadoras de los molinos. Un nmero creciente de plantas haoptado por incorporar en sus molinos diseos con un menor ngulo de ataque, lo que ha idoacompaado de un nmero menor de levantadores. La Figura 10b muestra claramente el efecto dereducir el ngulo de ataque sobre la zona en que la carga es proyectada. Los valores utilizados enlas plantas se encuentran entre 55 y 70 en su mayora.

En todos los casos se ha logrado tanto reducciones en la fractura de revestimientos comomejoras en el tonelaje de procesamiento asociadas al movimiento optimizado de carga. Interesantees destacar el rol que ha tenido en este cambio el uso de Millsoft, el simulador del movimiento decarga mediante el mtodo de elementos discretos desarrollado por R. Rajamani y colaboradores.El uso de este simulador ha sido el gatillo del cambio, aunque es absolutamente prescindible.Cualquier programa de clculo de trayectoria en cada libre ya disponible en el mercado desdefines de los ochentas conduce a la misma decisin. El Teniente inici la reduccin de sus ngulosde ataque en 1996, pero fue la publicidad de los cambios en la Alumbrera lo que inici estarevolucin.

El segundo comentario sobre este tema es que este cambio de perfil no hace sinoconfirmar lo que ya se sabe hace aos en la molienda convencional: el diseo ondulado derevestimientos es el que genera los mejores perfiles de movimiento de carga. Aunque loslevantadores ondulados presentan caras curvas, sus ngulos de ataque se encuentran en el rangode 50 a 60.


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La velocidad de operacin, su fijacin y control

Como se discute antes en este artculo, la tendencia general en el diseo de molinossemiautgenos en los ltimos aos es considerar accionamientos de velocidad variable, con unalto costo de inversin asociado. Esta situacin permite esperar que la velocidad sea consideradauna variable de operacin manipulable para lograr la optimizacin del proceso, esperandomaximizar las capacidades de procesamiento. Sin embargo, al no tener certeza sobre el nivel dellenado del molino, el operador imita la velocidad de operacin del molino buscando proteger losrevestimientos del impacto directo de los medios de molienda. Por ello, es comn ver que a pesarde contar con velocidad variable, los molinos son operados a velocidad constante, utilizndosevariaciones de velocidad slo para salvar situaciones de emergencia operacional como sondisminuciones o aumentos drsticos del nivel de llenado volumtrico.

Para evitar daos a los revestimientos se ha hecho prctica comn el uso de sistemas desensado del ruido como medio de prevencin.

Figura 12 Correlacin entre ruido, velocidad y llenado. Se observa el rol preponderante delllenado en el nivel de ruido, mientras que la velocidad presenta una respuesta ms difusa. Datos

de 12 horas de operacin no filtrados.El sensor ms corriente es la tradicional oreja elctrica. Este es un sistema que provee una

seal proporcional a la intensidad acstica del ruido capturado por un sensor, generalmente unabocina. La ubicacin de los micrfonos as como la banda de frecuencia usada para generar laseal varan de una planta a otra. Su gran ventaja es la simpleza y bajo costo. Sin embargo, sudesempeo muestra una ambigedad al momento de identificar las causales de aumento del ruido.Cuando se desarroll este sistema para molinos convencionales como un medio de sensar elllenado y controlar la alimentacin, la velocidad y el llenado volumtrico de estos molinos eraconstante en el corto plazo, de modo que la nica causal de aumento de ruido era la falta de


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mineral. En el caso del molino semiautgeno, la velocidad, el llenado volumtrico y la composicinde la carga son variables y cada una de ellas es causal de cambios en el ruido. La Figura 12muestra un ejemplo de dependencia de datos de intensidad de ruido con la velocidad y el llenado,en un molino cuyo control establece reducir la velocidad cada vez que el ruido excede un valorlimite. Se observa que la seal de la oreja vara consistentemente con el nivel de llenado, mientrasque la velocidad no muestra un patrn claro.

Para mejorar esta situacin se ha desarrollado una nueva tecnologa basada endescomponer la seal de audio en componentes espectrales y morfolgicas especificas, de modode discriminar claramente las situaciones de dao potencial al revestimiento y malgasto de energade otras condiciones tambin ruidosas pero que requieren de un tratamiento de control diferente.

La Figura 13 muestra claramente que el ruido puede adquirir valores altos tanto por mayorvelocidad como por menor llenado, aunque este ltimo es el factor preponderante. Se observaclaramente en la zona central que hay dos alzas importantes del ruido debido a mnimos de cargadel molino, a pesar de que la velocidad se encuentra entre 6 y 8 rpm. El anlisis morfolgico delsonido muestra que estos niveles de ruido no estn asociados a impactos en el molino. En cambio,al elevarse la velocidad bajo condiciones de llenado insuficiente, el sistema detecta de inmediato lapresencia de impactos potencialmente peligrosos, mientras que el ruido crece, pero por debajo delo mostrado bajo condiciones de llenado mnimo.

Con estas nuevas herramientas, los operadores podrn explotar al mximo y en formaconfiable la variabilidad de la velocidad, de modo de obtener permanentemente el mejormovimiento de carga para cada condicin operacional.

EL DISEO DEL MOLINO

Tal como se ha planteado previamente, hay una tendencia clara hacia la reduccin de losngulos de ataque de los revestimientos, y hacia la eliminacin del material grueso de laalimentacin mediante el uso de preclasificacin y/o prechancado. Ambas medidas operacionalestienen en comn el llevar el molino semiautgeno hacia una condicin cada vez ms similar almolino de bolas. Cabe preguntarse entonces: estamos frente al inicio de la decadencia delconcepto mismo de molienda semiautgena?

Los molinos autgenos nacieron junto con la idea de usar el propio mineral como medio demolienda para reducir el costo asociado a los medios de molienda. Dado que el mineral de silicatotiene una densidad que es casi un tercio de la del acero, se aument el dimetro de estos molinospara compensar la falta de masa, y se busc que los cuerpos moledores cayeran en cada libresobre la carga para maximizar la energa de impacto. Los dimetros de esos molinos inciales erande 20 a 24 pies.

La generacin de pebbles y la bsqueda de aumentos de capacidad pronto mostr que eluso de bolas de acero de gran tamao permita reducir la presencia de dicho tamao intermedio yaumentar la capacidad del molino. Paralelamente, la bsqueda de economas de escala hizocrecer paulatinamente los dimetros desde los 20 pies iniciales a 28, 32, 34, 36, 38 y 40 pies. Sinembargo, los conceptos sobre el funcionamiento de estos molinos se mantuvieron invariables, apesar del enorme crecimiento de las energas de impacto al interior de los mismos, que causangrandes quebrazones de medios de molienda y frecuentes quiebres de revestimientos y parrillas.


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16733892-MOLIENDA-SEMIAUTOGENA